ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС CAVE 3D ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ФАКУЛЬТЕТА СПбГПУ
,
Санкт Петербургский государственный политехнический университет, г. С.-Петербург, , e-mail: *****@***ru
В 2007 году в Центре коллективного пользования (ЦКП) механико-машиностроительного факультета (ММФ) «Компьютерные технологии проектирования и моделирования в системах виртуальной реальности» на кафедре «Компьютерные технологии в машиностроении» СПбГПУ создана и введена в эксплуатацию система типа CAVE 3D (Computer Aided Virtual Environment) виртуальной реальности с тремя просветными экранами. Эта система CAVE является первой системой подобного типа в российских вузах. Система CAVE представляет собой программно-аппаратный комплекс, включающий следующие основные части: проекционно-экранное оборудование, высокопроизводительный видео кластер, оптическую трекинг систему и систему видеоконференцсвязи с удаленными клиентами.
Рис. 1. Модель Петропавловской крепости
Главным назначением системы CAVE являются исследования в области виртуального прототипирования как изделий машиностроения, так и объектов гражданского строительства в режиме реального времени on-line. Виртуальное прототипирование в дополнении с физическим прототипированием, позволяет существенно сократить сроки создания и стоимость конкурентоспособной продукции машиностроения.
Система CAVE является необходимой при визуализации результатов моделирования сверхбольших моделей, содержащих огромное количество данных, и приобретает ключевое значение не столько для визуализации, сколько для понимания результатов моделирования физических процессов, выполненных на вычислительных кластерах, к которым в первую очередь следует отнести сложные процессы в физике, химии, биологии. Система CAVE является совершенно необходимой для инженеров-дизайнеров, активно использующих методы компьютерного проектирования зданий, ландшафтов и объектов машиностроения с помощью CAD систем.
Рис. 2. Исследование полей температурных напряжений в блоке цилиндров дизельного двигателя
Диапазон применения таких систем весьма широк и покрывает такие области как трехмерная визуализация при исследованиях объектов и физических процессов в области авиастроения, ракетостроения, автомобилестроения, при моделировании и визуализации трехмерных процессов газодинамики, химии, биологии, горении, геомеханики и т. д.
Электронные модели объектов машиностроения создаются предварительно при помощи соответствующих CAD/PDM систем, например, таких как Pro/ENGINEER, CATIA, WindChill, SolidWorks. Моделирование физических процессов и поведения конструкций выполняется при помощи CAE/CFD систем, таких как ANSYS, ABAQUS, LS-DYNA, HyperWorks, FLUENT.
Кафедра «Компьютерные технологии в машиностроении» ММФ располагает перечисленными выше специализированными программными системами и имеет многолетний опыт их использования при выполнении исследований для российских и зарубежных промышленных компаний.
Представители промышленности С. Петербурга активно внедряют передовые технологии проектирования и проводят в ЦКП апробацию технологий виртуального прототипирования при создании совершенных образцов изделий машиностроения. Конструкторы промышленных предприятий С.-Петербурга совместно с сотрудниками кафедры «Компьютерные технологии в машиностроении» СПбГПУ используют систему CAVE 3D при создании и доводке новых образцов промышленных изделий. По заданиям промышленности на кафедре также выполняются исследования по созданию многопроцессорных вычислительных систем, интегрированию технологий моделирования процессов газодинамики на вычислительных кластерах и технологий интерактивной визуализации результатов моделирования в системе CAVE.
Интерактивная визуализация в системе CAVE результатов моделирования «крэш тестов» автомобилей и деталей трансмиссии автомобилей дает возможность сотрудникам кафедры своевременно формулировать рекомендации по совершенствованию конструкций, что позволяет существенно сократить время выхода в серию модели автомобиля и изделия. Система CAVE плодотворно используется сотрудниками кафедр университета при моделировании объектов архитектуры, ландшафтов, гидротехнических сооружений и геоинформационных систем.
а |
б |
в |
Рис. 3. а – Визуализация крэш-теста автомобиля, б – визуализация результатов моделирования обтекания газом лопаток паровой турбины, в – визуализация модели коробки передач
В мае 2008 года в ЦКП впервые в России осуществлен сеанс международной распределенной совместной работы (Collaborative work) в двух CAVE системах. Одна из этих систем установлена в суперкомпьютерном центре (HLRS) университета Штуттгарта в Германии. Связь осуществлялась посредством видеоконференцсвязи. Коллеги из Германии удаленно управляли объектом в системе CAVE, расположенной в России в СПбГПУ, а коллеги из СПбГПУ управляли объектом в системе CAVE в университете в Штуттгарте в Германии. Компьютерные технологии совместной работы в виртуальных средах – это инновационные формы работы исследовательских групп, расположенных удаленно в различных географических точках. Работа осуществляется так, как будто группы исследователей, участвующие в сеансе распределенной работы находятся в помещении одного офиса.
Кафедра «Компьютерные технологии в машиностроении» ММФ СПбГПУ располагает обученными специалистами, которые имеют опыт и уникальную компетенцию в России в области проектирования, создания и использования систем виртуальной реальности промышленного типа.
Авторы доклада благодарят РФФИ за поддержку в части проведенных исследований в рамках гранта № -а
